高速電主軸作為高速機床的核心部件，也是這類機床的主要熱源。在高速機床中，電主軸單元各部分的剛度和精度都較高，工作負荷小，由切削力引起的電主軸加工誤差也比較小。但是電主軸中電機的發(fā)熱和軸承的摩擦發(fā)熱是不可避免的，如果處理不當，由此產(chǎn)生的熱變形會嚴重減小機床的加工精度。因此，在高速機床中，電主軸的熱特性成為影響加工精度的主要因素，直接限制了電主軸轉(zhuǎn)速的提高。

高速電主軸的熱源，高速電主軸的熱變形主要是由電機和主軸軸承的發(fā)熱引起的。在機床的加工過程中，電機的輸出功率是其在空轉(zhuǎn)時消耗的功率和切削時消耗的功率之和。在高速加工中，機床空轉(zhuǎn)功耗轉(zhuǎn)化的熱量成為高速加工機床的主要熱源。主軸軸承在高速運轉(zhuǎn)時，存在復雜的摩擦現(xiàn)象，加劇了加熱強度，直接影響電主軸系統(tǒng)的熱變形。

同時，由于電機熱量傳遞給軸承，軸承溫升較高，加速了軸承的磨損，造成精度的損失，嚴重時甚至出現(xiàn)金屬結(jié)合燒傷現(xiàn)象，導致軸承失效。主軸的熱強度與主軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、軸承的類型、配置、預緊力、潤滑劑和傳動方式都密切相關(guān)。試驗表明，相同尺寸和規(guī)格的鋼球和陶瓷球的角接觸軸承在轉(zhuǎn)速不同時溫升值相似，但隨著主軸轉(zhuǎn)速的進一步提高，軸承溫升急劇增加。隨著軸承預緊力的增加，軸承發(fā)熱量也會迅速增加。此外，在油氣潤滑系統(tǒng)中，油和氣相互混合在一起冷卻軸承，其中空氣冷卻占有很大的比例。

主軸熱變形的機理，機床主軸在工作時是在內(nèi)部、外部熱源的作用下，而這些熱源一般都是非恒定的。由于加工條件不同，變化程度也不同，主軸各部分材料、形狀和結(jié)構(gòu)不同，其熱慣量也不同。此外，連接器之間結(jié)合面的熱阻、和主軸表面不相同的傳熱條件等因素，使主軸形成復雜多變的溫度場。在這樣的溫度場作用下，主軸部件的材料產(chǎn)生熱應力和熱位移，這與材料物理特性、零件的形狀和支撐連接的狀態(tài)不同，使得主軸的熱變形問題更加復雜，給主軸熱變形的研究帶來了很大的困難。在加工過程中，影響機床加工精度的熱源可分為兩類：內(nèi)部熱源和外部熱源。

主軸系統(tǒng)的溫升通常是指在沒有外部負載和外部熱源影響的情況下，典型區(qū)域溫度與環(huán)境溫度的差值。在工程中，主軸前軸承的外圈經(jīng)常被用作測量系統(tǒng)溫升的典型區(qū)域。系統(tǒng)溫升越高，零件熱變形越大，精度損失的可能性越大，系統(tǒng)的熱態(tài)特性越差。影響主軸系統(tǒng)工作精度的關(guān)鍵因素并不是溫升，而是溫度場的分布，即溫度場相對主軸軸線的對稱性和溫度梯度。在上升溫度過程中，主軸本身會軸向延伸，主軸前后支承的中心位置會在徑向發(fā)生變化。由于前支撐的直徑和載荷通常大于后支架，前支撐的發(fā)熱量也大于后支承，因此前支承和前箱壁的溫度也高于后支承和后箱壁，主軸的工作端會因熱變形而徑向位移，導致抬頭現(xiàn)象。

高速電主軸的散熱，在內(nèi)部、外部熱源的作用下，高速電主軸各部分溫度不同，而熱量總是從高溫傳遞到低溫。電主軸有三種基本的傳熱方式存在。定子產(chǎn)生的熱量大部分通過對流被冷卻水或油帶走，小部分通過對流和輻射傳遞給定子周圍的空氣：轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的熱量一部分通過熱傳導直接傳遞給主軸和軸承，另一部分通過對流和輻射傳遞給定子。

電機定子油—水熱交換冷卻系統(tǒng)，高速電主軸通常采用油—水熱交換系統(tǒng)，油泵不斷輸出大流量的冷卻油，通過電機定子冷卻套的螺旋槽與電機定子產(chǎn)生熱交換，再通過輸出回路與水進行熱交換，使油冷卻后流回油池，實現(xiàn)循環(huán)冷卻。主軸軸承的油—氣潤滑系統(tǒng)是利用一定壓力的壓縮空氣和定量輸出的少量潤滑油在一定長度的管道內(nèi)混合。通過管道內(nèi)壓縮空氣的流動，帶動潤滑油沿管道內(nèi)壁不斷地流動，把油氣混合物輸送到安裝在軸承附近的噴嘴，再通過噴嘴噴向軸承內(nèi)圈與滾動體的接觸點，實現(xiàn)潤滑和冷卻。

電主軸與周圍空氣之間的傳熱，高速主軸電機工作時表面較熱，因此在較大溫差作用下發(fā)生自由對流換熱，同時也存在輻射換熱。為了減少發(fā)熱對主軸性能的影響，特別是對主軸軸承性能的影響，在結(jié)構(gòu)設計過程中，在主軸電機的轉(zhuǎn)子和軸承之間安裝了冷卻環(huán)，可以有效減少電機發(fā)熱對主軸軸承的影響，延長軸承的使用壽命。